Fierul pur nu prezinta importanta practica.In schimb , aliajele fierului cu carbonul –fonta si otelul- sunt materialele metalice cele mai utilizate in tehnicimagesa.

    Fonta este aliajul fierului cu carbonul ,care contine intre 2,06% si 4,3% carbon ,iar otelul ,aliajul fierului cu carbonul care contine sub 2,06% carbon. In afara de fier si carbon,atat fontele cat si otelurile ,mai contin, in cantitati mici ,si alte elemente –siliciu ,mangan, sulf, fosfor(numite elemente insotitoare)-care nu au putut fi complet indepartate in procesul de elaborare sau care au fost introduse in mod voit ,pentru a le conferi anumite proprietati (elemente de aliere).

Fonta se obtine prin topirea si reducerea minereurilor de fier in cuptoare speciale numite furnale.Fontele obtinute in furnale se numesc fonte brute .Dupa compozitia chimica se deosebesc in fonte brute obisnuite si fonte brute aliate.Ele pot fi folosite in:

~elaborarea otelului(fonte pentru afinare)

~turnarea pieselor (fonte pentru turnatorie)

Fonta prezinta urmatoarele caracterisrici generale:se toarna bine, se lucreaza prin aschiere,dar nu se poate prelucra plastic(nu se poate lamina sau forja)si nu se poate suda.

Fontele turnate in piese mai sunt numite si fonte de a doua topire si se obtin din fonte brute ,prin retopirea in cuptoare speciale (cubilouri)in scopul inlaturarii impuritatilor si a obtinerii anumitor compozitii.Ele pot fi : fonte cenusii,fonte nodulare si fonte maleabile.

*fontele cenusii(simbol Fc, urmat de cifra care ii indica rezistenta minima de rupere la tractiune,in daN/cm2) se toarna foarte bine si se prelucreaza prin aschiere,fiind ieftine.

**fontele nodulare (simbol Fn — fonta cu grafit nodular)se obtin prin adaugarea de magneziu in baia de fonta .Prezinta proprietati mecanice la fel de bune ca otelul si se toarna la fel de bine ca fonta cenusie.

***fontele maleabile(simbol Fm)se obtin printr-un tratament termic special (de maleabilizare)se poate prelucra bine prin aschiere ,are proprietati mecanice appropriate de ale otelului.

Fierul topit obtinut in furnalul inalt, venind in contact cu cocsul din partea de jos a furnalului, contine diferite procente de carbon dizolvat (de obicei 3sau 4%), inpreuna cu siliciu, mangan, fosfor si sulf in cantitati mai mici. Aceste inpuritati scad punctual sau de topire de la 1535oC, cea a fierului pur, la circa 1200oC. Aceasta fonta este deseori turnata in bare.

Cand fonta se prepara prin racire brusca din stare lichida, are culoarea alba si se numeste fonta alba. Ea consta in general din compusul cementita, Fe3C, o substanta rigida, casanta.

Fonta cenusie, obtinuta prin racire inceata, consta din graunte cristaline de fier pur (numit ferita) si fulgi de grafit. Atat fonta alba, cat si cea cenusie sunt casante, deoarece principalul constituent al primeia, cementitul, este casant iar ultima este slabita de fulgii de grafit distribuiti prin ea si de ferita dura continuta.

Fonta maleabila, care este mai dura si mai putin casanta decat cea alba sau cenusie, se prepara prin tratarea la cald a fontei cenusii cu o compozitie convenabila. In acest tratament, fulgii de grafit se unesc in particule globulare, care, din cauza ariilor sectiunilor traversale mici, slabesc ferita mai putin decat o fac fulgii.

Fonta este cea mai ieftina varietate de fier, dar folosirea ei este limitata din cauza rezistentei mici. O mare parte din ea se foloseste la prepararea otelului iar o cantitate mai mica, a fierului forjat.

Fierul forjat este un fier pur, cu numai 0,1-0,2%carbon si mai putin de 0,5% impuritati totale. El se prepara prin topirea fontei pe un pat de oxid de fier intr-un cuptor cu reverberatie, in care flacara este reflectata de acoperis in material pentru a-l incalzi. Fonta topita este agitata, oxidul de fier oxidand carbonul dizolvat in oxid de carbon iar sulful, fosforul si siliciul trec in zgura. Pe masura ce impuritatile sunt indepartate, punctual de topire al fierului creste si masa devine mai pastoasa. Ea este indepartata din furnal si batuta cu ciocane actionate cu abur pentru a indeparta zgura.

Fierul forjat este un metal rezistent si dur care se poate suda si forja usor.In trecut se folosea extensive la fabricarea lanturilor, sarmei si a altor obiecte de acest gen. Astazi este inlocuit in mare masura cu otelul aliat moale.

Tehnologia de elaborare a fontei

                                                                     415px-Giessvorgang 

Fonta, produs de baza al industriei siderurgice se elaboreaza in furnal, numit si cuptor inalt.Furnalul este un agregat complex cu o capacitate de sute de m3. Functionarea lui este neintrerupta, cel putin pentru perioade de cativa ani, intre doua reparatii.

Prin partea superioara, numita gura furnalului se introduc materiile prime: cocsul si minereul de fier. Sub actiunea gazelor, prin arderea combustibilului si a caldurii, incarcatura coboara treptat in furnal catre zonele de temperatura inalta. In aceste zone ia nastere fonta lichida, care se scurge in partea de jos a furnalului numita creuzet.

Viteza de coborare a incarcaturii in furnal intereseaza foarte mult pe furnalisti in vederea dirijarii procesului de elaborare a fontei. Determinarea acestei viteze este imposibil de realizat cu alte metode decat acea cu izotopi radioactivi.

In acest scop se marcheaza cate un bulgare de cocs si de minereu de fier cu ajutorul capsulelor cu izotopi radioactivi si se introduc prin gura furnalului, notandu-se precis ora. In interiorul furnalului, in mai multe locuri se introduc contori Geiger-Müller inchisi in tuburi de protectie racite cu apa, pentru a nu se deteriora din cauza caldurii. Acesti contori semnalizeaza trecerea fiolelor cu (izotopul folosit) prin dreptul lor. In acest fel se poate trasa un grafic exact al mersului incarcaturii si se poate calcula viteza de coborare a materialului in diferite zone. Se determina profilul cel mai bun al furnalului, avand in vedere scopul ca materialele sa aiba o viteza aproape uniforma.

Pentru a intretine si a activa arderea combustibilului, in furnal se sufla aer cu ajutorul gurilor de vant. Pentru a determina viteza curentilor de aer in interiorul furnalului, in aerul introdus se amesteca un gaz radioactiv. La diferite inaltimi, gazele din furnal sunt absorbite si evacuate, trecand prin camere de ionizare unde se inregistreaza radioactivitatea. In felul acesta se poate studia drumul si viteza gazului radioactiv, deci si a gazelor care circula prin furnal.800px-Resita_furnal